Giro oceánico

Cualquier sistema grande de corrientes superficiales oceánicas circulantes

En oceanografía , un giro ( / ˈdʒaɪər / ) es cualquier sistema grande de corrientes superficiales oceánicas circulantes, particularmente aquellas involucradas con grandes movimientos de viento . Los giros son causados ​​por el efecto Coriolis ; la vorticidad planetaria , la fricción horizontal y la fricción vertical determinan los patrones circulatorios a partir del rizo de tensión del viento ( torque ). ^[1]

El término giro puede referirse a cualquier tipo de vórtice en una atmósfera o un mar , ^[2] incluso uno creado por el hombre, pero se utiliza más comúnmente en oceanografía terrestre para referirse a los principales sistemas oceánicos .

Formación de giros

Los giros oceánicos más grandes son impulsados ​​por el viento, lo que significa que su ubicación y dinámica están controladas por los patrones de viento globales predominantes : vientos del este en los trópicos y vientos del oeste en las latitudes medias. Estos patrones de viento dan lugar a una flexión de la tensión del viento que impulsa el bombeo de Ekman en los subtrópicos (lo que da lugar a un hundimiento) y la succión de Ekman en las regiones subpolares (lo que da lugar a un afloramiento). ^[3] El bombeo de Ekman da lugar a un aumento de la altura de la superficie del mar en el centro del giro y a corrientes geostróficas anticiclónicas en los giros subtropicales. ^[3] La succión de Ekman da lugar a una disminución de la altura de la superficie del mar y a corrientes geostróficas ciclónicas en los giros subpolares. ^[3]

Los giros oceánicos impulsados ​​por el viento son asimétricos, con flujos más fuertes en su límite occidental y flujos más débiles en todo su interior. El flujo interior débil que es típico en la mayor parte del giro es el resultado de la conservación de la vorticidad potencial . En las ecuaciones de aguas someras (aplicables para el flujo a escala de cuenca ya que la escala de longitud horizontal es mucho mayor que la escala de longitud vertical), la vorticidad potencial es una función de la vorticidad relativa (local) (zeta), la vorticidad planetaria y la profundidad , y se conserva con respecto a la derivada material : ^[4] ${\displaystyle \zeta }$ ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle H}$

${\displaystyle {D \over Dt}\left({\frac {\zeta +f}{H}}\right)=0}$

En el caso del giro oceánico subtropical, el bombeo de Ekman hace que el agua se acumule en el centro del giro, comprimiendo las parcelas de agua. Esto da como resultado una disminución de , por lo que, por la conservación de la vorticidad potencial, el numerador también debe disminuir. ^[5] Se puede simplificar aún más al darse cuenta de que, en los giros oceánicos a escala de cuenca, la vorticidad relativa es pequeña, lo que significa que los cambios locales en la vorticidad no pueden explicar la disminución de . ^[5] Por lo tanto, la parcela de agua debe cambiar su vorticidad planetaria en consecuencia. La única forma de disminuir la vorticidad planetaria es moviendo la parcela de agua hacia el ecuador, por lo que en la mayoría de los giros subtropicales hay un flujo débil hacia el ecuador. Harald Sverdrup cuantificó este fenómeno en su artículo de 1947, "Corrientes impulsadas por el viento en un océano baroclínico", ^{[6] en el que el} balance de Sverdrup (integrado en profundidad) se define como: ^[7] ${\displaystyle H}$ ${\displaystyle \zeta +f}$ ${\displaystyle \zeta }$ ${\displaystyle H}$ ${\displaystyle f}$

${\displaystyle fV_{g}=\beta \rho w_{E}}$

Aquí, es el transporte de masa meridional (positivo al norte), es el parámetro de Rossby , es la densidad del agua y es la velocidad de Ekman vertical debido a la curvatura de la tensión del viento (positiva hacia arriba). Se puede ver claramente en esta ecuación que para una velocidad de Ekman negativa (por ejemplo, bombeo de Ekman en giros subtropicales), el transporte de masa meridional (transporte de Sverdrup) es negativo (sur, hacia el ecuador) en el hemisferio norte ( ). Por el contrario, para una velocidad de Ekman positiva (por ejemplo, succión de Ekman en giros subpolares), el transporte de Sverdrup es positivo (norte, hacia los polos) en el hemisferio norte. ${\displaystyle V_{g}}$ ${\displaystyle \beta }$ ${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle w_{E}}$ ${\displaystyle f>0}$

Perfil de velocidad dentro de la capa límite calculado utilizando la solución de capa límite de Munk ^[8] tanto para el caso de un límite occidental (arriba) como para el límite oriental (abajo) en un giro subtropical del hemisferio norte. Nótese que la vorticidad positiva se introduce en el flujo cerca del límite solo en el caso de la corriente del límite occidental, lo que significa que esta es la única solución válida para el flujo de retorno del giro.

Intensificación occidental

Como sostiene el balance de Sverdrup, los giros oceánicos subtropicales tienen un flujo débil hacia el ecuador y los giros oceánicos subpolares tienen un flujo débil hacia los polos en la mayor parte de su área. Sin embargo, debe haber algún flujo de retorno que vaya en contra del transporte de Sverdrup para preservar el equilibrio de masa. ^[9] En este sentido, la solución de Sverdrup es incompleta, ya que no tiene ningún mecanismo para predecir este flujo de retorno. ^[9] Las contribuciones de Henry Stommel y Walter Munk resolvieron este problema al demostrar que el flujo de retorno de los giros se realiza a través de una corriente límite occidental intensificada. ^{[10] [8]} La solución de Stommel se basa en una capa límite inferior de fricción que no es necesariamente física en un océano estratificado (las corrientes no siempre se extienden hasta el fondo). ^[5]

Función de corriente normalizada (derecha) calculada utilizando la solución de capa límite de Munk ^[8] en un giro oceánico rectangular de fondo plano en un plano beta en el hemisferio norte centrado en 30°N con escala de longitud horizontal . Los vientos aplicados (izquierda) son sinusoidales, lo que es una aproximación de los vientos típicos que impulsan un giro subtropical. El flujo se produce a lo largo de las líneas de corriente (líneas de puntos negros) y la función de corriente es negativa en todo el giro, lo que indica que el giro está rotando en el sentido de las agujas del reloj. La distancia entre las líneas de corriente es inversamente proporcional a la velocidad del flujo; observe las líneas de corriente mucho más cercanas en el lado oeste de la cuenca, lo que indica una intensificación occidental del giro. ${\displaystyle \psi }$ ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle \tau }$

La solución de Munk se basa en cambio en la fricción entre el flujo de retorno y la pared lateral de la cuenca. ^[5] Esto permite dos casos: uno con el flujo de retorno en el límite occidental (corriente del límite occidental) y otro con el flujo de retorno en el límite oriental (corriente del límite oriental). Un argumento cualitativo para la presencia de soluciones de corriente del límite occidental sobre soluciones de corriente del límite oriental se puede encontrar de nuevo a través de la conservación de la vorticidad potencial. Considerando de nuevo el caso de un giro subtropical del hemisferio norte, el flujo de retorno debe ser hacia el norte. Para moverse hacia el norte (un aumento de la vorticidad planetaria ), debe haber una fuente de vorticidad relativa positiva para el sistema. La vorticidad relativa en el sistema de aguas poco profundas es: ^[11] ${\displaystyle f}$

${\displaystyle \zeta ={\partial v \over \partial x}-{\partial u \over \partial y}}$

Aquí nuevamente se presenta la velocidad meridional y es la velocidad zonal . En el sentido de un flujo de retorno hacia el norte, se descuida el componente zonal y solo la velocidad meridional es importante para la vorticidad relativa. Por lo tanto, esta solución requiere que para aumentar la vorticidad relativa y tener un flujo de retorno hacia el norte válido en el giro subtropical del hemisferio norte. ^[5] ${\displaystyle v}$ ${\displaystyle u}$ ${\displaystyle \partial v/\partial x>0}$

Debido a la fricción en el límite, la velocidad del flujo debe llegar a cero en la pared lateral antes de alcanzar una velocidad máxima hacia el norte dentro de la capa límite y decaer hasta la solución de transporte de Sverdrup hacia el sur, lejos del límite. Por lo tanto, la condición que solo se puede satisfacer a través de una capa de fricción límite occidental, ya que la capa de fricción límite oriental fuerza . ^[5] Se pueden hacer argumentos similares para los giros subtropicales en el hemisferio sur y para los giros subpolares en cualquiera de los hemisferios y ver que el resultado sigue siendo el mismo: el flujo de retorno de un giro oceánico siempre tiene la forma de una corriente límite occidental. ${\displaystyle \partial v/\partial x>0}$ ${\displaystyle \partial v/\partial x<0}$

La corriente del límite occidental debe transportar el mismo orden de agua que el transporte interior de Sverdrup en un área mucho más pequeña. Esto significa que las corrientes del límite occidental son mucho más fuertes que las corrientes interiores, ^[5] un fenómeno llamado "intensificación occidental".

Distribución del giro

Giros subtropicales

Existen cinco grandes giros subtropicales en los océanos del mundo: el giro del Atlántico Norte, el giro del Atlántico Sur, el giro del Océano Índico, el giro del Pacífico Norte y el giro del Pacífico Sur. Todos los giros subtropicales son anticiclónicos, lo que significa que en el hemisferio norte giran en el sentido de las agujas del reloj, mientras que los giros del hemisferio sur giran en el sentido contrario a las agujas del reloj. Esto se debe a la fuerza de Coriolis . Los giros subtropicales suelen constar de cuatro corrientes: una corriente ecuatorial que fluye hacia el oeste, una corriente limítrofe occidental estrecha y fuerte que fluye hacia los polos, una corriente que fluye hacia el este en las latitudes medias y una corriente limítrofe oriental más débil y más amplia que fluye hacia el ecuador.

Giro del Atlántico Norte

El giro del Atlántico Norte se encuentra en el hemisferio norte en el océano Atlántico, entre la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) en el sur e Islandia en el norte. La Corriente Ecuatorial del Norte trae aguas cálidas al oeste hacia el Caribe y define el borde sur del giro del Atlántico Norte. Una vez que estas aguas llegan al Caribe, se unen a las aguas cálidas del Golfo de México y forman la Corriente del Golfo , una corriente límite occidental. Esta corriente luego se dirige al norte y al este hacia Europa, formando la Corriente del Atlántico Norte . La Corriente de Canarias fluye hacia el sur a lo largo de la costa occidental de Europa y el norte de África, completando la circulación del giro. El centro del giro es el Mar de los Sargazos , que se caracteriza por la densa acumulación de algas Sargassum . ^[12]

Giro del Atlántico Sur

El giro del Atlántico Sur se encuentra en el hemisferio sur del océano Atlántico, entre la zona de convergencia intertropical en el norte y la corriente circumpolar antártica en el sur. La corriente ecuatorial del sur lleva agua al oeste en dirección a Sudamérica, formando el límite norte del giro del Atlántico Sur. Aquí, el agua se mueve hacia el sur en la corriente de Brasil , la corriente del límite occidental del giro del Atlántico Sur. La corriente circumpolar antártica forma tanto el límite sur del giro como el componente este de la circulación del giro. Finalmente, el agua llega a la costa oeste de África, donde es llevada hacia el norte a lo largo de la costa como parte del límite oriental de la corriente de Benguela , completando la circulación del giro. La corriente de Benguela experimenta el evento Benguela Niño , un análogo del océano Atlántico a El Niño del océano Pacífico , y está correlacionado con una reducción de la productividad primaria en la zona de surgencia de Benguela. ^[13]

Giro del océano Índico

El giro del océano Índico , ubicado en el océano Índico, está, al igual que el giro del Atlántico Sur, bordeado por la zona de convergencia intertropical en el norte y la corriente circumpolar antártica al sur. La corriente ecuatorial del sur forma el límite norte del giro del océano Índico a medida que fluye hacia el oeste a lo largo del ecuador hacia la costa este de África. En la costa de África, la corriente ecuatorial del sur se divide por Madagascar en la corriente de Mozambique , que fluye hacia el sur a través del canal de Mozambique, y la corriente de Madagascar oriental , que fluye hacia el sur a lo largo de la costa este de Madagascar, ambas corrientes limítrofes occidentales. Al sur de Madagascar, las dos corrientes se unen para formar la corriente de Agulhas . ^[14] La corriente de Agulhas fluye hacia el sur hasta que se une a la corriente circumpolar antártica, que fluye hacia el este en el borde sur del giro del océano Índico. Debido a que el continente africano no se extiende tan al sur como el giro del océano Índico, parte del agua de la corriente de Agulhas se "filtra" hacia el océano Atlántico, con efectos potencialmente importantes para la circulación termohalina global . ^[15] La circulación del giro se completa con la corriente de Australia Occidental que fluye hacia el norte y forma el límite oriental del giro.

Giro del Pacífico Norte

El Giro del Pacífico Norte , uno de los ecosistemas más grandes de la Tierra, ^[16] está bordeado al sur por la Zona de Convergencia Intertropical y se extiende hacia el norte hasta aproximadamente 50°N. En el límite sur del Giro del Pacífico Norte, la Corriente Ecuatorial del Norte fluye hacia el oeste a lo largo del ecuador hacia el sudeste de Asia. La Corriente de Kuroshio es la corriente límite occidental del Giro del Pacífico Norte, que fluye hacia el noreste a lo largo de la costa de Japón. Aproximadamente a 50°N, el flujo gira hacia el este y se convierte en la Corriente del Pacífico Norte . La Corriente del Pacífico Norte fluye hacia el este, y finalmente se bifurca cerca de la costa oeste de América del Norte en la Corriente de Alaska que fluye hacia el norte y la Corriente de California que fluye hacia el sur . ^[17] La ​​Corriente de Alaska es la corriente límite oriental del Giro subpolar de Alaska, ^[18] mientras que la Corriente de California es la corriente límite oriental que completa la circulación del Giro del Pacífico Norte. Dentro del Giro del Pacífico Norte se encuentra la Gran Isla de Basura del Pacífico , un área de mayor concentración de desechos plásticos . ^[19]

Giro del Pacífico Sur

El giro del Pacífico Sur , al igual que su contraparte del norte, es uno de los ecosistemas más grandes de la Tierra con un área que representa alrededor del 10% de la superficie oceánica global. ^[20] Dentro de esta enorme área se encuentra Point Nemo , la ubicación en la Tierra que está más alejada de toda la masa continental (a 2688 km de la tierra más cercana). ^[21] La lejanía de este giro complica el muestreo, lo que hace que históricamente este giro esté submuestreado en los conjuntos de datos oceanográficos. ^{[22] [23]} En el límite norte del giro del Pacífico Sur, la corriente ecuatorial del sur fluye hacia el oeste hacia el sudeste de Asia y Australia. Allí, gira hacia el sur mientras fluye en la corriente de Australia Oriental , una corriente límite occidental. La corriente circumpolar antártica nuevamente devuelve el agua al este. El flujo gira hacia el norte a lo largo de la costa occidental de América del Sur en la corriente de Humboldt , la corriente límite oriental que completa la circulación del giro del Pacífico Sur. Al igual que el giro del Pacífico Norte, el giro del Pacífico Sur tiene una concentración elevada de desechos plásticos cerca del centro, denominada la mancha de basura del Pacífico Sur . A diferencia de la mancha de basura del Pacífico Norte, que se describió por primera vez en 1988, ^[19] la mancha de basura del Pacífico Sur se descubrió mucho más recientemente, en 2016 ^[24] (un testimonio de la extrema lejanía del giro del Pacífico Sur).

Giros subpolares

Los giros subpolares se forman en latitudes altas (alrededor de 60° ). La circulación del viento superficial y del agua del océano es ciclónica, en sentido antihorario en el hemisferio norte y en sentido horario en el hemisferio sur, alrededor de una zona de baja presión , como la persistente depresión de las Aleutianas y la depresión islandesa . La flexión de la tensión del viento en esta región impulsa la succión de Ekman, que crea un afloramiento de agua rica en nutrientes desde las profundidades inferiores. ^[25]

La circulación subpolar en el hemisferio sur está dominada por la Corriente Circumpolar Antártica , debido a la falta de grandes masas de tierra que interrumpan el Océano Austral . Existen giros menores en el Mar de Weddell y el Mar de Ross , el Giro de Weddell y el Giro de Ross , que circulan en el sentido de las agujas del reloj.

Giro subpolar del Atlántico Norte

La distribución del Giro Subpolar del Atlántico Norte se muestra encima del Giro del Atlántico Norte hacia el Sur.

El giro subpolar del Atlántico Norte, ubicado en el océano Atlántico Norte, se caracteriza por una rotación en sentido contrario a las agujas del reloj de las aguas superficiales. Desempeña un papel crucial en el sistema de cinta transportadora oceánica global, influyendo en el clima y los ecosistemas marinos. ^[26] El giro es impulsado por la convergencia de aguas cálidas y saladas del sur y aguas frías y más dulces del norte. A medida que estas aguas se encuentran, el agua cálida y densa se hunde debajo del agua más liviana y fría, iniciando un patrón de circulación complejo. El giro subpolar del Atlántico Norte tiene implicaciones significativas para la regulación del clima, ya que ayuda a redistribuir el calor y los nutrientes en todo el Atlántico Norte, influyendo en los patrones climáticos y sustentando una vida marina diversa. Además, los cambios en la fuerza y ​​la circulación del giro pueden afectar la variabilidad climática regional y pueden verse influenciados por tendencias más amplias del cambio climático. ^[26]

La Circulación Meridional Atlántica (CMA) es un componente clave del sistema climático global a través de su transporte de calor y agua dulce. ^[26] El Giro Subpolar del Atlántico Norte se encuentra en una región donde la CMA se desarrolla y forma activamente a través de la mezcla y la transformación de la masa de agua. Es una región donde grandes cantidades de calor transportadas hacia el norte por el océano se liberan a la atmósfera, modificando así el clima del noroeste de Europa. ^[27] El Giro Subpolar del Atlántico Norte tiene una topografía compleja con una serie de cuencas en las que la circulación a gran escala se caracteriza por corrientes limítrofes ciclónicas y recirculación interior. La Corriente del Atlántico Norte se desarrolla a partir de la extensión de la Corriente del Golfo y gira hacia el este, cruzando el Atlántico en una amplia banda entre aproximadamente 45°N y 55°N creando la frontera sur del Giro Subpolar del Atlántico Norte. Hay varias ramas de la Corriente del Atlántico Norte, y fluyen hacia una región intergiral oriental en el Golfo de Vizcaya , la Depresión de Rockall , la Cuenca de Islandia y el Mar de Irminger . Una parte de la corriente del Atlántico Norte fluye hacia el mar de Noruega, y otra parte recircula dentro de las corrientes limítrofes del giro subpolar. ^[26]

Giro de Ross

El giro de Ross se encuentra en el océano Austral , alrededor de la Antártida , justo en las afueras del mar de Ross. Este giro se caracteriza por una rotación en el sentido de las agujas del reloj de las aguas superficiales, impulsada por la influencia combinada del viento, la rotación de la Tierra y la forma del fondo marino. El giro desempeña un papel crucial en el transporte de calor, nutrientes y vida marina en el océano Austral, lo que afecta la distribución del hielo marino e influye en los patrones climáticos regionales.

El mar de Ross , en la Antártida , es una región donde la mezcla de distintas masas de agua y las interacciones complejas con la criosfera conducen a la producción y exportación de agua densa, con impactos a escala global. ^[28] que controla la proximidad de las aguas cálidas de la Corriente Circumpolar Antártica a la plataforma continental del mar de Ross, donde pueden impulsar el derretimiento de la plataforma de hielo y aumentar el nivel del mar. ^[29] La profundización de las presiones del nivel del mar sobre el Pacífico Sudeste/Mares de Amundsen-Bellingshausen genera una celda de circulación ciclónica que reduce las alturas de la superficie del mar al norte del giro de Ross a través de la succión de Ekman. La reducción relativa de las alturas de la superficie del mar al norte facilita una expansión hacia el noreste del límite exterior del giro de Ross. Además, el giro se intensifica por una anomalía de tensión oceánica hacia el oeste sobre su límite sur. La consiguiente anomalía de transporte de Ekman hacia el sur eleva las alturas de la superficie del mar sobre la plataforma continental y acelera el flujo hacia el oeste al aumentar el gradiente de presión transversal. El centro de presión del nivel del mar puede tener un mayor impacto en el transporte o el flujo a través del giro de Ross, dependiendo de su ubicación y fuerza. Este giro tiene efectos significativos en las interacciones en el Océano Austral entre las aguas del margen antártico, la Corriente Circumpolar Antártica y los giros intermedios con una fuerte cubierta de hielo marino estacional que desempeñan un papel importante en el sistema climático. ^[30]

El mar de Ross es el mar más austral de la Tierra y alberga la estación McMurdo de Estados Unidos y la estación Zuchelli de Italia . Aunque este giro está situado cerca de dos de las estaciones de investigación más importantes del mundo para el estudio de la Antártida, el giro de Ross sigue siendo uno de los giros menos muestreados del mundo. ^[31]

Ubicación de los giros de Weddell y Ross y su distribución en el Océano Austral.

Giro de Weddell

El giro de Weddell se encuentra en el océano Austral, alrededor de la Antártida, justo en las afueras del mar de Weddell. Se caracteriza por una rotación en el sentido de las agujas del reloj de las aguas superficiales, influenciada por los efectos combinados de los vientos, la rotación de la Tierra y la topografía del fondo marino. ^[32] Al igual que el giro de Ross, el giro de Weddell desempeña un papel fundamental en el movimiento del calor, los nutrientes y la vida marina en el océano Austral. Los conocimientos sobre el comportamiento y la variabilidad del giro de Weddell son cruciales para comprender la interacción entre los procesos oceánicos en el hemisferio sur y sus implicaciones para el sistema climático global. ^[32]

Este giro se forma por interacciones entre la Corriente Circumpolar Antártica y la Plataforma Continental Antártica . ^[33] El Giro de Weddell (GW) es una de las principales características oceanográficas del Océano Austral al sur de la Corriente Circumpolar Antártica, que desempeña un papel influyente en la circulación oceánica global, así como en el intercambio de gases con la atmósfera. ^[33] El GW está situado en el sector atlántico del Océano Austral, al sur de 55–60°S y aproximadamente entre 60°O y 30°E (Deacon, 1979). Se extiende sobre la llanura abisal de Weddell, donde se encuentra el Mar de Weddell , y se extiende al este hasta la llanura abisal de Enderby. ^[33]

Giro del mar de Beaufort

Imagen de la distribución del giro del mar de Beaufort y su relación con la deriva transpolar

El giro anticiclónico de Beaufort es la circulación dominante de la cuenca de Canadá y el mayor reservorio de agua dulce en los sectores occidental y norte del océano Ártico . ^[34] El giro se caracteriza por una rotación a gran escala, casi permanente y en sentido antihorario de las aguas superficiales dentro del mar de Beaufort . Este giro funciona como un mecanismo crítico para el transporte de calor, nutrientes y hielo marino dentro de la región del Ártico, influyendo así en las características físicas y biológicas del entorno marino. La curvatura negativa de la tensión del viento sobre la región, mediada por la capa de hielo marino, conduce al bombeo de Ekman, al hundimiento de las superficies isopicnas y al almacenamiento de ~20.000 km3 de agua dulce en los primeros cientos de metros del océano. ^[35] El giro gana energía de los vientos del sur y pierde energía en el norte durante un ciclo anual medio. La fuerte circulación atmosférica en otoño, combinada con importantes áreas de agua abierta, demuestra el efecto que la tensión del viento tiene directamente sobre las corrientes geostróficas superficiales. ^[36] El giro de Beaufort y la deriva transpolar están interconectados debido a su relación en el transporte de hielo marino a través del océano Ártico. Su influencia en la distribución de agua dulce tiene amplios impactos en el aumento del nivel del mar global y la dinámica climática.

Biogeoquímica de los giros

Animación de un año de densidad de organismos en la Tierra. El giro del Pacífico Sur tiene una densidad de organismos visiblemente baja (morada).

Dependiendo de su ubicación en el mundo, los giros pueden ser regiones de alta productividad biológica o de baja productividad. Cada giro tiene un perfil ecológico único, pero se puede agrupar por región debido a las características dominantes. En general, la productividad es mayor para los giros ciclónicos (por ejemplo, los giros subpolares) que impulsan el afloramiento mediante la succión de Ekman y menor para los giros anticiclónicos (por ejemplo, los giros subtropicales) que impulsan el afloramiento mediante el bombeo de Ekman, pero esto puede diferir entre estaciones y regiones. ^[37]

Los giros subtropicales se describen a veces como "desiertos oceánicos" o "desiertos biológicos", en referencia a los desiertos terrestres áridos donde existe poca vida. ^[38] Debido a sus características oligotróficas , los giros subtropicales cálidos tienen algunas de las aguas menos productivas por unidad de superficie del océano. ^[37] El hundimiento del agua que se produce en los giros subtropicales lleva los nutrientes a las profundidades del océano, eliminándolos de las aguas superficiales. Las partículas orgánicas también pueden eliminarse de las aguas superficiales mediante el hundimiento gravitacional, donde la partícula es demasiado pesada para permanecer suspendida en la columna de agua. ^[39] Sin embargo, dado que los giros subtropicales cubren el 60% de la superficie del océano, su producción relativamente baja por unidad de área se compensa al cubrir áreas masivas de la Tierra. ^[40] Esto significa que, a pesar de ser áreas de productividad relativamente baja y bajos nutrientes, desempeñan un papel importante en la contribución a la cantidad total de producción oceánica. ^{[41] [42]}

A diferencia de los giros subtropicales, los giros subpolares pueden tener mucha actividad biológica debido a la afloración por succión de Ekman impulsada por la rotación de la tensión del viento. ^[43] Los giros subpolares en el Atlántico Norte tienen un patrón de "floración y colapso" que sigue patrones estacionales y de tormentas. La mayor productividad en el Atlántico Norte se produce en la primavera boreal, cuando hay días largos y altos niveles de nutrientes. Esto es diferente al Pacífico Norte subpolar, donde casi no se produce floración de fitoplancton y los patrones de respiración son más consistentes a lo largo del tiempo que en el Atlántico Norte. ^[37]

Disponibilidad de nutrientes

La distribución del nitrato en todo el océano global.

La producción primaria en el océano depende en gran medida de la presencia de nutrientes y de la disponibilidad de luz solar. Aquí, los nutrientes se refieren al nitrógeno, nitrato, fosfato y silicato, todos ellos nutrientes importantes en los procesos biogeoquímicos que tienen lugar en el océano. ^[44] Un método comúnmente aceptado para relacionar las diferentes disponibilidades de nutrientes entre sí con el fin de describir los procesos químicos es la ecuación de Redfield, Ketchum y Richards (RKR). Esta ecuación describe el proceso de fotosíntesis y respiración y las proporciones de los nutrientes involucrados. ^[45]

La ecuación RKR para la fotosíntesis y la respiración:

${\displaystyle {\ce {106CO2 +16HNO3 +H3PO4 +122H2O ->(CH2O)106(NH3)16H3PO4 +138O2}}}$^[45]

Este gráfico muestra la relación entre la disponibilidad de nitrógeno y fósforo en distintas áreas del océano global. El nitrógeno suele ser más limitante que el fósforo para la fotosíntesis.

Con las proporciones correctas de nutrientes en el lado izquierdo de la ecuación RKR y la luz solar, se lleva a cabo la fotosíntesis para producir plancton (producción primaria) y oxígeno. Por lo general, los nutrientes limitantes para la producción son el nitrógeno y el fósforo, siendo el nitrógeno el más limitante. ^[45]

La falta de nutrientes en las aguas superficiales de los giros subtropicales está relacionada con el fuerte hundimiento y descenso de partículas que ocurre en estas áreas, como se mencionó anteriormente. Sin embargo, los nutrientes aún están presentes en estos giros. Estos nutrientes pueden provenir no solo del transporte vertical, sino también del transporte lateral a través de los frentes de los giros. Este transporte lateral ayuda a compensar la gran pérdida de nutrientes debido al hundimiento y descenso de partículas. ^[46] Sin embargo, la principal fuente de nitrato en los giros subtropicales limitados por nitrato es el resultado de factores biológicos, no físicos. El nitrógeno en los giros subtropicales es producido principalmente por bacterias fijadoras de nitrógeno , ^[47] que son comunes en la mayoría de las aguas oligotróficas de los giros subtropicales. ^[48] Estas bacterias transforman el nitrógeno atmosférico en formas biodisponibles.

Regiones con alto contenido de nutrientes y baja clorofila

El giro de Alaska y el giro subártico occidental son entornos con un contenido limitado de hierro, en lugar de nitrógeno o fósforo. Esta región depende del polvo que se desprende del estado de Alaska y de otras masas de tierra cercanas para obtener hierro. ^[49] Debido a que está limitada por hierro en lugar de nitrógeno o fósforo, se la conoce como una región con un alto contenido de nutrientes y un bajo contenido de clorofila . ^{[50] [51]} La limitación de hierro en las regiones con un alto contenido de nutrientes y un bajo contenido de clorofila da como resultado agua rica en otros nutrientes porque no han sido eliminados por las pequeñas poblaciones de plancton que viven allí. ^[52]

Estacionalidad en el giro subpolar del Atlántico Norte

El giro subpolar del Atlántico Norte es una parte importante del mecanismo de absorción de dióxido de carbono del océano. La fotosíntesis de las comunidades de fitoplancton en esta área agota estacionalmente el dióxido de carbono de las aguas superficiales, eliminándolo a través de la producción primaria. ^[53] Esta producción primaria ocurre estacionalmente, y las mayores cantidades se dan en verano. ^[54] Generalmente, la primavera es un momento importante para la fotosíntesis, ya que se levanta la limitación de luz impuesta durante el invierno y hay altos niveles de nutrientes disponibles. Sin embargo, en el giro subpolar del Atlántico Norte, la productividad primaveral es baja en comparación con los niveles esperados. Se plantea la hipótesis de que esta baja productividad se debe a que el fitoplancton utiliza la luz de manera menos eficiente que en los meses de verano. ^[54]

Niveles tróficos

Los giros oceánicos suelen contener entre 5 y 6 niveles tróficos . El factor limitante para el número de niveles tróficos es el tamaño del fitoplancton , que generalmente es pequeño en los giros con escasez de nutrientes. En las zonas con poco oxígeno, los oligotrofos constituyen un gran porcentaje del fitoplancton. ^[55]

En el nivel intermedio, los peces pequeños y los calamares (especialmente los ommastrephidae ) dominan la biomasa nectónica . Son importantes para el transporte de energía desde niveles tróficos bajos a niveles tróficos altos. En algunos giros, los ommastrephidae son una parte importante de la dieta de muchos animales y pueden sustentar la existencia de vida marina de gran tamaño . ^[37]

Conocimiento indígena de los patrones oceánicos

El conocimiento ecológico tradicional indígena reconoce que los pueblos indígenas, como los cuidadores originales, mantienen relaciones únicas con la tierra y las aguas. Estas relaciones hacen que el conocimiento ecológico tradicional sea difícil de definir, ya que el conocimiento tradicional significa algo diferente para cada persona, cada comunidad y cada cuidador. La Declaración de las Naciones Unidas sobre los Derechos de los Pueblos Indígenas comienza recordando a los lectores que “el respeto por los conocimientos, las culturas y las prácticas tradicionales indígenas contribuye al desarrollo sostenible y equitativo y a la gestión adecuada del medio ambiente” ^[56] . En los últimos veinte años se han hecho intentos de recopilar y almacenar este conocimiento. Conglomerados como la Red Social de Conocimientos Indígenas (SIKU) https://siku.org/, el proyecto Igliniit ^[57] y el Directorio de Hielo Marino Inupiaq de Gales han avanzado en la inclusión y documentación de las ideas de los pueblos indígenas sobre el clima global, las tendencias oceanográficas y sociales.

Un ejemplo es el de los antiguos polinesios, que descubrieron y luego viajaron por el océano Pacífico, desde la Polinesia actual hasta Hawái y Nueva Zelanda. Los navegantes, conocidos como wayfinding , utilizaban las estrellas, los vientos y las corrientes oceánicas para saber dónde se encontraban en el océano y hacia dónde se dirigían. ^[58] Estos navegantes estaban íntimamente familiarizados con las corrientes del Pacífico que crean el giro del Pacífico Norte y esta forma de navegar continúa en la actualidad. ^[59]

Otro ejemplo es el de los maoríes, que son originarios de Polinesia y son un grupo indígena de Nueva Zelanda. Su forma de vida y su cultura tienen fuertes vínculos con el océano. Los maoríes creen que el mar es la fuente de toda vida y es una energía llamada Tangaroa. Esta energía puede manifestarse de muchas maneras diferentes, como fuertes corrientes oceánicas, mares tranquilos o tormentas turbulentas. ^[60] Los maoríes tienen una rica historia oral de navegación en el Océano Austral y el Océano Antártico y un profundo conocimiento de sus patrones de hielo y océanos. Un proyecto de investigación actual tiene como objetivo consolidar estas historias orales. ^[61] Se están realizando esfuerzos para integrar el conocimiento técnico con la ciencia occidental en la investigación marina y oceánica en Nueva Zelanda. ^[62] Otros esfuerzos de investigación tienen como objetivo recopilar historias orales indígenas e incorporar el conocimiento indígena en las prácticas de adaptación al cambio climático en Nueva Zelanda que afectarán directamente a los maoríes y otras comunidades indígenas. ^[63]

Cambio climático

La circulación oceánica redistribuye el calor y los recursos hídricos, por lo que determina el clima regional. Por ejemplo, las ramas occidentales de los giros subtropicales fluyen desde las latitudes más bajas hacia las más altas, llevando aire relativamente cálido y húmedo a las tierras adyacentes, lo que contribuye a un clima templado y húmedo (por ejemplo, el este de China y Japón). Por el contrario, las corrientes limítrofes orientales de los giros subtropicales fluyen desde las latitudes más altas hacia las más bajas, lo que corresponde a un clima relativamente frío y seco (por ejemplo, California).

En la actualidad, el núcleo de los giros subtropicales se encuentra alrededor de los 30° en ambos hemisferios. Sin embargo, sus posiciones no siempre estuvieron allí. Los datos de la altura de la superficie del mar y de la temperatura de la superficie del mar obtenidos por satélite sugieren que los principales giros oceánicos del mundo se están moviendo lentamente hacia latitudes más altas en las últimas décadas. Esta característica muestra concordancia con la predicción del modelo climático bajo el calentamiento global antropogénico. ^[64] La reconstrucción paleoclimática también sugiere que durante los intervalos de clima frío pasados, es decir, las eras de hielo, algunas de las corrientes limítrofes occidentales (ramas occidentales de los giros oceánicos subtropicales) están más cerca del ecuador que sus posiciones actuales. ^{[65] [66]} Esta evidencia implica que es muy probable que el calentamiento global empuje los giros oceánicos a gran escala hacia latitudes más altas. ^{[67] [68]}

Contaminación

Basura arrastrada a las costas de Hawái desde la Gran Isla de Basura del Pacífico

Una mancha de basura es un remolino de partículas de desechos marinos causado por los efectos de las corrientes oceánicas y la creciente contaminación plástica por parte de las poblaciones humanas. Estas acumulaciones de plástico y otros desechos causadas por los humanos son responsables de problemas ambientales y del ecosistema que afectan la vida marina, contaminan los océanos con sustancias químicas tóxicas y contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero . Una vez transportados por el agua, los desechos marinos se vuelven móviles. Los restos flotantes pueden ser arrastrados por el viento o seguir el flujo de las corrientes oceánicas, y a menudo terminan en medio de los giros oceánicos, donde las corrientes son más débiles.

Dentro de las manchas de basura, los desechos no son compactos, y aunque la mayoría están cerca de la superficie del océano, se pueden encontrar hasta más de 30 metros (100 pies) de profundidad en el agua. ^[69] Las manchas contienen plásticos y escombros en una variedad de tamaños, desde microplásticos y contaminación de pellets de plástico a pequeña escala , hasta objetos grandes como redes de pesca y bienes de consumo y electrodomésticos perdidos por inundaciones y pérdidas de envío.

Las manchas de basura crecen debido a la pérdida generalizada de plástico de los sistemas de recolección de basura humana. El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente estimó que "por cada milla cuadrada de océano" hay alrededor de "46.000 piezas de plástico". ^[70] Los 10 mayores emisores de contaminación plástica oceánica en todo el mundo son, de mayor a menor, China, Indonesia, Filipinas, Vietnam, Sri Lanka, Tailandia, Egipto, Malasia, Nigeria y Bangladesh, ^[71] principalmente a través de los ríos Yangtze , Indo , Amarillo , Hai , Nilo , Ganges , Perla , Amur , Níger y Mekong , y representan "el 90 por ciento de todo el plástico que llega a los océanos del mundo". ^{[72] [73]} Asia fue la principal fuente de desechos plásticos mal gestionados , y solo China representó 2,4 millones de toneladas métricas. ^[74]

La más conocida de ellas es la Gran Isla de Basura del Pacífico , que tiene la mayor densidad de desechos marinos y plástico. La Isla de Basura del Pacífico tiene dos acumulaciones masivas: la isla de basura occidental y la isla de basura oriental, la primera frente a la costa de Japón y la segunda entre California y Hawái . Estas islas de basura contienen 90 millones de toneladas (100 millones de toneladas cortas) de desechos. ^[69] Otras islas identificadas incluyen la isla de basura del Atlántico Norte entre América del Norte y África, la isla de basura del Atlántico Sur ubicada entre el este de América del Sur y la punta de África, la isla de basura del Pacífico Sur ubicada al oeste de América del Sur y la isla de basura del Océano Índico que se encuentra al este de Sudáfrica, enumeradas en orden decreciente de tamaño. ^[75]

Véase también

• Portal del medio ambiente
• Portal de los océanos

• Anticiclón
• Ciclón
• Ecosistema del giro subtropical del Pacífico Norte
• Remolino
• Dinámica de fluidos
• Corriente geostrófica
• Regiones con alto contenido de nutrientes y baja clorofila
• Corriente oceánica
• skookumchuck (Escobar)
• Circulación termohalina
• Vuelta al mar
• Torbellino

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Enlaces externos

• 5 Gyres: comprensión de la contaminación marina por plástico
• Corrientes superficiales impulsadas por el viento: giros
• SIO 210: Introducción a la oceanografía física – Circulación global
• SIO 210: Introducción a la oceanografía física: notas sobre circulación forzada por el viento
• SIO 210: Introducción a la oceanografía física – Clase 6
• Geografía física: corrientes oceánicas superficiales y subsuperficiales
• Oscilación del giro del Pacífico Norte — Instituto Tecnológico de Georgia
• Dunning, Brian (16 de diciembre de 2008). "Skeptoid #132: El mar de los Sargazos y la isla de basura del Pacífico". Skeptoid .